CN117503047A - 大靶面变焦oct系统及其在眼底和眼前节检测中的应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及光学测量仪器技术领域，公开了大靶面变焦OCT系统及其在眼底和眼前节检测中的应用，包括：光源、准直器、光纤耦合器、光谱仪、参考臂和样品臂，所述样品臂包括激光扫描变焦镜头。本发明通过激光扫描变焦镜头中的各个透镜的数量设计、各个透镜的凸凹面设计，各个振镜偏转设计及光路纠正优化，并能够通过第二透镜的曲率、第二透镜的厚度、振镜组与变焦镜组之间的间距以及变焦镜组与后固定组之间的间距执行变焦，在变焦后，能够分别保证变焦后的工作距离的靶面大小的同时，对工作距离的靶面物体清晰成像，在变焦的各个位置均能够达到较高的信噪比。
Description
技术领域
本发明涉及光学测量仪器技术领域，具体为大靶面变焦OCT系统及其在眼底和眼前节检测中的应用。
背景技术
在光学测量的医疗应用中，光学相干断层扫描技术（Optical CoherenceTomography，简称OCT，又称光学相干层析成像）是一项新兴的光学成像技术，基于迈克尔逊干涉的差分检测，当从散射介质中返回的弹道光子和蛇行光子与参考光的光程差在光源的相干长度范围内，发生干涉，而漫射光子与参考光的光程差大于光源的相干长度，不能发生干涉，从而把带有被测样品信息的弹道光子和蛇行光子提取出来，可以获得高分辨率的断层图像，它可以实现对生物组织高分辨率的非侵入层析测量，具有广泛的应用前景。
光学相干断层扫描（OCT）被誉为“光学活检”技术；OCT光被引导到对象上，尤其是人体组织，根据光的反射部分推断出对象的散射中心，对此，从对象反射回的对象光路与参考光路叠加，通过评估两个光路的干涉信号获得图像信息，OCT测量一般局限于轴向测量深度；如果参考光路中的光学路径长度和对象光路中的光学路径长度相同，则干涉信号的信号强度最强。针对对象区域中的符合前述情况的一个点，则称作OCT测量的参考点。使用傅里叶域OCT（Fourier-Domain-OCT）也能够识别到与参考点间隔开的散射中心。对象点和参考点之间的轴向间距越大，干涉信号就越弱，根据干涉信号导出的图像信息的质量就越差。
眼前节OCT可以提供清晰的角膜、巩膜、房角等图像，并进行精确的定量分析；而眼底OCT则可以测量视网膜的厚度和容积，进行视乳头与神经纤维层成像并进行黄斑区神经节细胞绘图。两种OCT系统针对人眼不同部位病变的准确识别，对医疗相关研究等提供全新的检测工具。
由于眼球中晶状体的存在，使得常用的OCT系统设计之初都只能根据眼前节或者眼后节的成像光路进行光学设计，眼前节成像系统与眼底成像系统难以合并光路。这也是目前商业OCT系统一般只在眼前节成像或者视网膜成像的真正原因，再者OCT成像中由于光路不完全一致，导致眼前节、眼后节的色散系数也是不尽相同，导致目前市面上的眼底及眼前节OCT系统需更换光学配件实现两种系统切换，系统切换过于繁琐，因此研发出同时实现眼底和眼前节扫描的OCT系统极为重要。
针对相关技术中的问题，目前尚未提出有效的解决方案。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了大靶面变焦OCT系统及其在眼底和眼前节检测中的应用，将眼底OCT和眼前节OCT集合在同一个大靶面变焦OCT系统内并且达到大扫描靶面及长工作距离的要求。
为解决上述的技术问题，本发明提供如下技术方案：
大靶面变焦OCT系统，包括：光源、准直器、光纤耦合器、光谱仪、参考臂和样品臂，所述样品臂包括激光扫描变焦镜头；
所述光源输出的光束经过所述光纤耦合器，所述光纤耦合器将所述光源输出的光束均分为两束相干光，两束相干光分别经过准直器后，一束相干光传播至所述参考臂，经反射镜反射后返回参考反射光，另一束相干光传播至所述样品臂，经过所述激光扫描变焦镜头变焦后，获得样品的样品背向散射光和样品反射光；
从所述参考臂获得的参考反射光与从样品臂获得的样品背向散射光和样品反射光之间存在光程差，在相干长度内产生干涉光，干涉光被光谱仪获取得到干涉信息，计算机可执行软件将干涉信息解析成像；
所述激光扫描变焦镜头包括依次设置的前固定组、光阑、振镜组、变焦镜组和后固定组；
所述前固定组具有屈光力，所述振镜组不具有屈光力并且能够使光轴弯折，所述变焦镜组具有屈光力，所述后固定组具有屈光力；
所述前固定组、所述振镜组、所述变焦镜组和所述后固定组内部所包含的透镜总数量不大于10。
优选地，所述前固定组包括依次设置的第一透镜和第二透镜；所述第一透镜为平凸透镜，所述第二透镜为液态变焦透镜，所述第一透镜和所述第二透镜组合具有屈光力。
优选地，所述振镜组包括依次设置的第三反射镜和第四反射镜；所述第三反射镜和所述第四反射镜均为平面镜，所述第三反射镜和所述第四反射镜均能够使光轴弯折，并且所述第三反射镜和所述第四反射镜均不具有屈光力。
优选地，所述变焦镜组包括依次设置的第五透镜、第六透镜和第七透镜；所述第五透镜和所述第六透镜均为弯月透镜，所述第七透镜为平凸透镜，所述第五透镜、所述第六透镜和所述第七透镜组合具有屈光力。
优选地，所述后固定组包括依次设置的第八透镜和第九透镜；所述第八透镜为双平面镜，所述第九透镜为平凸透镜，所述第八透镜和所述第九透镜组合具有屈光力。
优选地，所述激光扫描变焦镜头通过改变所述第二透镜的曲率、所述第二透镜的厚度、所述振镜组与所述变焦镜组之间的间距以及所述变焦镜组与所述后固定组之间的间距来执行变焦。
大靶面变焦OCT系统在眼底和眼前节检测中的应用，所述激光扫描变焦镜头执行从眼底扫描模式到眼前节扫描模式的变焦时，所述第二透镜的曲率和所述第二透镜的厚度变化、所述变焦镜组移动且所述前固定组和所述后固定组固定。
优选地，所述激光扫描变焦镜头在执行从眼底扫描模式到眼前节扫描模式的变焦时，满足如下关系式：
0.5≤fT/fW；
3.4≤RT/RW；
0.7≤HT/HW；
OAL≤270mm；
0.14≤NA≤0.2；
0.5≤fT/fW≤2；
其中，fT表示眼底扫描模式下的总焦距，fW表示眼前节扫描模式下的总焦距，RT表示眼底扫描模式下的第二透镜的曲率，RW表示眼前节扫描模式下的第二透镜的曲率，HT表示眼底扫描模式下的第二透镜的厚度，HW表示眼前节扫描模式下的第二透镜的厚度，OAL表示所述激光扫描变焦镜头的从所述振镜组的物侧面到所述后固定组的像侧面的总长度，NA表示光纤出射光线半孔径角的正弦值。
与现有技术相比，本发明提供了大靶面变焦OCT系统及其在眼底和眼前节检测中的应用，具备以下有益效果：
1、该种大靶面变焦OCT系统，通过激光扫描变焦镜头中的各个透镜的数量设计、各个透镜的凸凹面设计，各个振镜偏转设计及光路纠正优化，并能够通过第二透镜的曲率、第二透镜的厚度、振镜组与变焦镜组之间的间距以及变焦镜组与后固定组之间的间距执行变焦，以能够将工作距离从103mm到121mm进行变焦，并在上述变焦的过程中，提供10.5mm*9mm到22mm*20.5mm的大靶面，以能够通过各个透镜以及各个振镜的配合，在变焦后，能够分别保证变焦后的工作距离的靶面大小的同时，对工作距离的靶面物体清晰成像，在变焦的各个位置均能够达到较高的信噪比。
2、该种大靶面变焦OCT系统在眼底和眼前节检测中的应用，通过激光扫描变焦镜头中的各个透镜和各个振镜的设置，对光路进行纠正优化，并在从眼前节检测到眼底检测转换或者从眼底检测到眼前节的检测过程中，通过第二透镜的曲率、第二透镜的厚度、振镜组与变焦镜组之间的间距以及变焦镜组与后固定组之间的间距执行变焦，将针对眼前节检测所需的工作距离转换为针对眼底检测所需的工作距离，并在转换完成后，能够保证两种检测所需的分辨率和靶面大小，并保证在两种检测过程中均具有较高的信噪比，能够使用同一个大靶面变焦OCT系统完成对眼前节检测和眼底检测，相对于分离式的检测系统，能够减少系统内部的构件数量，降低系统的复杂度，在保证对眼前节检测和眼底检测的精确性的同时，节约转换系统所需的时间，提高检测效率，并从减少系统的复杂度的方向能够节省系统处理时间，减少检测时间，提高对眼前节检测和眼底检测的数据的输出速度。
附图说明
图1为本发明的实施例二的激光扫描变焦镜头扫描眼底的结构图；
图2为本发明的实施例二的激光扫描变焦镜头扫描眼底的MTF图；
图3为本发明的实施例二的激光扫描变焦镜头扫描眼底的点列图；
图4为本发明的实施例二的激光扫描变焦镜头扫描眼前节的结构图；
图5为本发明的实施例二的激光扫描变焦镜头扫描眼前节的MTF图；
图6为本发明的实施例二的激光扫描变焦镜头扫描眼前节的点列图。
图中：1、前固定组；11、第一透镜；12、第二透镜；2、光阑；3、振镜组；4、变焦镜组；41、第五透镜；42、第六透镜；43、第七透镜；5、后固定组；51、第八透镜；52、第九透镜；6、光纤。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
正如背景技术所介绍的，现有技术中存在的不足，为了解决如上的技术问题，本申请提出了大靶面变焦OCT系统及其在眼底和眼前节检测中的应用。
实施例一：大靶面变焦OCT系统，包括：光源、准直器、光纤耦合器、光谱仪、参考臂和样品臂，所述样品臂包括激光扫描变焦镜头；
所述光源输出的光束经过所述光纤耦合器，所述光纤耦合器将所述光源输出的光束均分为两束相干光，两束相干光分别经过准直器后，一束相干光传播至所述参考臂，经反射镜反射后返回参考反射光，另一束相干光传播至所述样品臂，经过所述激光扫描变焦镜头变焦后，获得样品的样品背向散射光和样品反射光；
从所述参考臂获得的参考反射光与从样品臂获得的样品背向散射光和样品反射光之间存在光程差，在相干长度内产生干涉光，干涉光被光谱仪获取得到干涉信息，计算机可执行软件将干涉信息解析成像；
本实施例中，光源采用瑞士EXALOS公司的超辐射发光二极管（EBD5200，EXS0840-050-10），中心波长840nm，带宽50nm，光功率最大10mW。
光纤耦合器采用Thorlab公司2×2光纤耦合器（850±100nm，TW850R5F1），以50：50的分光比将光源的能量均分到系统样品臂、参考臂之中；
准直器采用Thorlab公司的可调准直器（CFC-11X-B，NA=0.3）；
光谱仪采用现有技术中的常见的光谱仪，具体的，光谱仪主要由衍射光栅、消色差成像透镜、线阵相机三部分组成，衍射光栅的线对数为1800line/mm光栅闪耀角为49.1°，消色差成像透镜的焦距100mm，线阵相机选用美国Teledyne公司e2v线阵相机。
本实施例的大靶面变焦OCT系统，基于迈克尔逊干涉原理设计，根据相干原理，当参考臂的光程与样品臂中的光程/>在相干长度/>内，即发生干涉。按照光的叠加原理即可获得样品整个探测深度上的干涉光谱/>，实现干涉信息的获取，通过傅里叶变换技术将频率域（Frequencydomain）上的光谱信息/>转化为空间域（Spatial domain）信号/>，即实现了SD-OCT单条A线深度方向信息的解析，并将线深度方向依次继续叠加，获得面深度方向信息和体深度方向信息图像（具体从干涉光谱/>解析成像的技术为现有技术中的常见方案，作为计算机可执行软件存在，通常存储在计算机存储介质中，在此不赘述其具体过程）。
本实施例的大靶面变焦OCT系统中，光源的功率谱可以用S(k)表示，经过光纤耦合器50：50分光后，光谱在参考臂和样品臂中的电场分量分别记为和/>，光参考臂和样品臂的反射系数分别记作/>和/>，样品某一深度处光程/>与参考臂镜面处光程/>相等时产生干涉，光程差记作/>，称为零光程位置。实际计算中常将宽带光源看作标准的高斯光源，归一化的功率谱密度和时间复相干度可以表示为：
其中，为波数，/>为高斯光的中心频率，/>为频率宽度，通过光的叠加原理获得了光谱干涉信号表达式/>：
；
；；
光谱仪以光谱记录干涉信号，经过傅里叶变换获得重构信号/>，忽略直流项信号的干扰后，对上式傅里叶变换后得到/>：
其中,为卷积运算,±为傅里叶变换过程中,共轭镜像正方向及其镜像(负方向)，/>为正方向干涉信号，/>为负方向干涉信号。当深度/>时，系统在零光程位置，后续系统调试时以此为依据。
具体的，本实施例中，样品臂包括激光扫描变焦镜头，所述激光扫描变焦镜头包括依次设置的前固定组1、光阑2、振镜组3、变焦镜组4和后固定组5；所述前固定组1具有屈光力，所述振镜组3不具有屈光力并且能够使光轴弯折，所述变焦镜组4具有屈光力，所述后固定组5具有屈光力；所述前固定组1、所述振镜组3、所述变焦镜组4和所述后固定组5内部所包含的透镜总数量不大于10。
进一步地，所述前固定组1包括依次设置的第一透镜11和第二透镜12；所述第一透镜11为平凸透镜，所述第二透镜12为液态变焦透镜，所述第一透镜11和所述第二透镜12组合具有屈光力。
进一步地，所述振镜组3包括依次设置的第三反射镜和第四反射镜；所述第三反射镜和所述第四反射镜均为平面镜，所述第三反射镜和所述第四反射镜均能够使光轴弯折，并且所述第三反射镜和所述第四反射镜均不具有屈光力。
进一步地，所述变焦镜组4包括依次设置的第五透镜41、第六透镜42和第七透镜43；所述第五透镜41和所述第六透镜42均为弯月透镜，所述第七透镜为平凸透镜，所述第五透镜41、所述第六透镜42和所述第七透镜43组合具有屈光力。
进一步地，所述后固定组5包括依次设置的第八透镜51和第九透镜52；所述第八透镜51为双平面镜，所述第九透镜52为平凸透镜，所述第八透镜51和所述第九透镜52组合具有屈光力。
进一步地，所述激光扫描变焦镜头通过改变所述第二透镜12的曲率、所述第二透镜12的厚度、所述振镜组3与所述变焦镜组4之间的间距以及所述变焦镜组4与所述后固定组5之间的间距来执行变焦。
本实施例中的大靶面变焦OCT系统中，通过激光扫描变焦镜头中的各个透镜（各个透镜包括第一透镜11、第二透镜12、第五透镜41、第六透镜42、第七透镜43、第八透镜51和第九透镜52）的数量设计、各个透镜的凸凹面设计，各个振镜（各个振镜包括第三反射镜和第四反射镜）偏转设计及光路纠正优化，并能够通过第二透镜12的曲率、第二透镜12的厚度、振镜组3与变焦镜组4之间的间距以及变焦镜组4与后固定组5之间的间距执行变焦，以能够将工作距离从103mm到121mm进行变焦，并在上述变焦的过程中，提供10.5mm*9mm到22mm*20.5mm的大靶面（在工作距离为103mm时，靶面大小为10.5mm*9mm，在工作距离为121mm时，靶面大小为22mm*20.5mm），以能够通过各个透镜以及各个振镜的配合，在变焦后，能够分别保证变焦后的工作距离的靶面大小的同时，对工作距离的靶面物体清晰成像，在变焦的各个位置均能够达到较高的信噪比。
实施例二：大靶面变焦OCT系统在眼底和眼前节检测中的应用，使用实施例一的大靶面变焦OCT系统对眼底及眼前节检测中分别进行变焦切换，分别实现眼底和眼前节扫描；
进一步地，在前透镜组1前为光纤（该光纤输出的光束为实施例一中从光纤耦合器输出的两束相干光，并分别经过准直器准直后的其中输入样品臂的一束相干光），后固定组5后为人眼；
进一步地，激光扫描变焦镜头中，第一透镜11为平凸透镜，将发散光线准直；第二透镜12为液态变焦镜片，其焦距变化用来聚焦不同人眼位置；第三反射镜及第四反射镜均为平面镜，其为光线提供偏转角度；第五透镜41和第六透镜42为弯月透镜，可以增加光线的平滑度；第七透镜43为平凸透镜，其折射率与阿贝数和第一透镜不同，用于进一步将光线会聚；第八透镜51为双平面镜，用于瞳孔镜头光路叠加；第九透镜52为平凸透镜，使光路会聚于人眼处。
激光扫描变焦镜头中各个透镜和平面镜的曲率半径R的范围如下：
第一透镜11的像面侧：5mm＜R＜20mm；
第二透镜12的物面侧：15mm＜R＜200mm；
第五透镜41的物面侧：55mm＜R＜125mm，第五透镜41的像面侧：55mm＜R＜125mm；
第六透镜42的物面侧：150mm＜R＜250mm，第六透镜42的像面侧：80mm＜R＜130mm；
第七透镜43的像面侧：145mm＜R＜208mm；
第九透镜52的物面侧：80mm＜R＜150mm；
当所述激光扫描变焦镜头执行从眼底扫描模式到眼前节扫描模式的变焦时，所述第二透镜12的曲率和所述第二透镜12的厚度变化、所述变焦镜组4移动且所述前固定组1和所述后固定组5固定。
所述激光扫描变焦镜头在执行从眼底扫描模式到眼前节扫描模式的变焦时，满足如下关系式：
0.5≤fT/fW；
3.4≤RT/RW；
0.7≤HT/HW；
OAL≤270mm；
0.14≤NA≤0.2；
0.5≤fT/fW≤2；
其中，fT表示眼底扫描模式下的总焦距，fW表示眼前节扫描模式下的总焦距，RT表示眼底扫描模式下的第二透镜12的曲率，RW表示眼前节扫描模式下的第二透镜12的曲率，HT表示眼底扫描模式下的第二透镜12的厚度，HW表示眼前节扫描模式下的第二透镜12的厚度，OAL表示所述激光扫描变焦镜头的从所述振镜组3的物侧面到所述后固定组5的像侧面的总长度，NA表示光纤6出射光线半孔径角的正弦值。
大靶面变焦OCT系统中的各结构扫描眼底的参数见表1，扫描眼前节的参数见表2；
表1 镜头扫描眼底的镜片参数表
| 镜片编号 | 物侧/像侧 | 透镜表面 | 曲率半径（mm） | 中心厚（mm） | 材料 |
| 光纤 | 无穷 | 17 | |||
| 第一透镜 | 物侧 | 平面 | 无穷 | 2 | D-ZK3M |
| 像侧 | 凸面 | 11 | 18 | ||
| 第二透镜 | 物侧 | 凸面 | 70.215 | 3.5 | OL1224_VIS |
| 像侧 | 平面 | 无穷 | 135 | ||
| 第三反射镜 | 物侧 | 平面 | 无穷 | 1.5 | MIRROR |
| 光阑 | 像侧 | 平面 | 无穷 | 10 | |
| 第四反射镜 | 物侧 | 平面 | 无穷 | 1 | MIRROR |
| 像侧 | 平面 | 无穷 | 107.146 | ||
| 第五透镜 | 物侧 | 凹面 | 78.423 | 14 | H-LAF3B |
| 像侧 | 凸面 | 73.218 | 1 | ||
| 第六透镜 | 物侧 | 凹面 | 205.99 | 14 | H-ZBAF21 |
| 像侧 | 凸面 | 113.456 | 1 | ||
| 第七透镜 | 物侧 | 平面 | 无穷 | 12 | H-LAF52 |
| 像侧 | 凸面 | 182.697 | 45 | ||
| 第八透镜 | 物侧 | 平面 | 无穷 | 1 | H-K9L |
| 像侧 | 平面 | 无穷 | 45 | ||
| 第九透镜 | 物侧 | 凸面 | 125.126 | 12 | H-LAF52 |
| 像侧 | 平面 | 无穷 | 103 | ||
| 瞳孔 | 凸面 | 11 | 18 | ||
| 眼底（视网膜） | 凸面 | 11 | 0 |
表2 镜头扫描眼前节的镜片参数表
| 镜片编号 | 物侧/像侧 | 透镜表面 | 曲率半径（mm） | 中心厚（mm） | 材料 |
| 光纤 | 无穷 | 17 | |||
| 第一透镜 | 物侧 | 平面 | 无穷 | 2 | D-ZK3M |
| 像侧 | 凸面 | 11 | 18 | ||
| 第二透镜 | 物侧 | 凸面 | 22.458 | 4.7 | OL1224_VIS |
| 像侧 | 平面 | 无穷 | 135 | ||
| 第三反射镜 | 物侧 | 平面 | 无穷 | 1.5 | MIRROR |
| 光阑 | 像侧 | 平面 | 无穷 | 10 | |
| 第四反射镜 | 物侧 | 平面 | 无穷 | 1 | MIRROR |
| 像侧 | 平面 | 无穷 | 35.533 | ||
| 第五透镜 | 物侧 | 凹面 | 78.423 | 14 | H-LAF3B |
| 像侧 | 凸面 | 73.218 | 1 | ||
| 第六透镜 | 物侧 | 凹面 | 205.99 | 14 | H-ZBAF21 |
| 像侧 | 凸面 | 113.456 | 1 | ||
| 第七透镜 | 物侧 | 平面 | 无穷 | 12 | H-LAF52 |
| 像侧 | 凸面 | 182.697 | 127.139 | ||
| 第八透镜 | 物侧 | 平面 | 无穷 | 1 | H-K9L |
| 像侧 | 平面 | 无穷 | 45 | ||
| 第九透镜 | 物侧 | 凸面 | 125.126 | 12 | H-LAF52 |
| 像侧 | 平面 | 无穷 | 121 | ||
| 眼前节 | 平面 | 无穷 | 0 |
现有技术中，通常判断光学系统的优劣采用瑞利判据（Rayleigh Criterion）和调制传递函数（Modulation Transfer Function，MTF）表征；
瑞利判据（Rayleigh Criterion）就是指在成像光学系统中，分辨本领是衡量分开相邻两个物点的像的能力。一个理想的光点，通过光学系统成像后，哪怕光学系统没有任何像差，它也会变成一个光斑，光斑大小与F数有关，F数越小，光斑越小，此外，可以将光谱仪看作是将物体（入射针孔，即点光源）映射到像面（探测器）的光学系统，点光源不是无穷小的点（对应锐利的图像），所得到的图像将是模糊的，这种效应是由于衍射限制了光学系统的分辨率；
艾里斑是点光源通过衍射受限成像时，由于衍射而在焦点处形成的光斑，系统所成的像不再是理想的几何点像，而是有一定大小的光斑（即艾里斑），当两个物点过于靠近，其像斑重叠在一起，就可能分辨不出是两个物点的像，即光学系统中存在着一个分辨极限，这个分辨极限通常采用瑞利提出的判据：
光斑通常是中央是明亮的圆斑，周围有一组较弱的明暗相间的同心环状条纹，把其中以第一暗环为界限的中央亮斑称作艾里斑。
瑞利判据是指，由于衍射，当一个艾里斑的中心与另一个艾里斑的第一级暗环重合时（两个相邻的艾里斑距离为其半径时），刚好能分辨出是两个像。瑞利判据直接影响探测器像素大小的选择，像素小于艾里斑半径是没有用的，因为它们会使光谱仪的衍射极限分辨率过采样。
透镜的艾里斑的半径的表达式为：
式中，为艾里斑半径，/>为透镜的口径，/>为光的波长，/>为透镜的焦距。
MTF是一种用来描述光学成像模糊程度的参数，它通常被用来衡量图像对比度和分辨率。目前的MTF标准提出了二维MTF表示方式，更完整地描述了图像的分辨率、对比度等信息，在光学成像应用中显示出更好的效果。MTF其实是光学传递函数（Optical TransferFunction，OTF）的模值，那么自然而然就会有相位传递函数（Phase Transfer Function，PhTF）。因为OTF是复数，MTF是实数，用起来方便，而且MTF能够表征大部分成像系统的性能。
在傅里叶光学中，OTF可以看作是点扩散函数（Point Spread Function，PSF）的傅里叶变换对，用来描述不同空间频率是如何被光学系统捕捉或传输的。MTF作为OTF的模值往往表现为一条关于空间频率的曲线，这个空间频率往往以每毫米多少周期为单位描述，也就是线对（line pairs，lp）的概念。
MTF是一种用于描述光学系统对不同频率光信号传递效率性能的评价指标，即输入信号的变化如何在输出图像中得到保留。通常情况下，可以将光学系统看成具有旋转对称特性的线性不变系统，MTF测量沿着水平或垂直方向变化的空间频率变化并绘制一维曲线，因此，MTF被视为一维信息传递的评价指标，MTF与光学系统的像差和光学系统衍射效果相关，可被用于评价光学系统的成像质量。
请参考图2和图5，激光变焦光学系统扫描眼底的MTF图和激光变焦光学系统扫描眼前节的MTF图，图中，横坐标为空间频率：周期/mm，0代表为光学系统中心，另一侧代表光学系统边缘；纵坐标为OTF极值，光学传递函数（optical transfer function，OTF）是指以空间频率为变量，表征成像过程中调制度和横向相移的相对变化的函数，光学传递函数是光学系统对空间频谱的滤波变换，一个非相干照明的光学成像系统，像的强度也是线性的，满足叠加原理，从0到1为光学系统性能百分数，数字越大性能越好；
从整体来说，MTF曲线与横、纵坐标围成的面积越大，代表光学系统成像性能越好；光学系统中的MTF曲线与相散为0时的相散曲线越接近，代表视场中心和周边成像一致性越好，表示该光学系统的分辨率越高，光学系统性能越好。
请参考图3和图6，激光扫描变焦镜头扫描眼底的点列图和激光扫描变焦镜头扫描眼前节的点列图，图中，纵坐标为区域的边长，图3中，每个区域的边长为100μm，图6中，每个区域的边长为200μm，从瑞利判据可以得到，艾里斑大小越小，光学系统的分辨率越高。
请参考图1-图3，采用实施例一中的大靶面变焦OCT系统和本实施例中的激光扫描变焦镜头在眼底检测中的应用，系统中，激光扫描变焦镜头中的各个透镜和平面镜与视网膜（眼底）的成像距离关系如图1（图1中光路为二次成像光路，因此有两个光阑2，瞳孔即为光阑2，振镜3处也为光阑2）所示，激光扫描变焦镜头以图1所示的状态进行测试，分别获得激光扫描变焦镜头扫描眼底的MTF图（图2）和激光扫描变焦镜头扫描眼底的点列图（图3）；
从图3中能够看出艾里斑半径仅为10.67μm；
该种大靶面变焦OCT系统的激光扫描镜头的分辨率能够满足对眼底检测的需求，该种大靶面变焦OCT系统在对眼底检测时，能够达到10.5mm*9mm的大靶面及长达103mm的工作距离；
请参考图4-图6，采用实施例一中的大靶面变焦OCT系统和本实施例中的激光扫描变焦镜头在眼前节检测中的应用，系统中，激光扫描变焦镜头中的各个透镜和平面镜与眼前节的成像距离关系如图4所示，激光扫描变焦镜头以图4所示的状态进行测试，分别获得激光扫描变焦镜头扫描眼前节的MTF图（图5）和激光扫描变焦镜头扫描眼前节的点列图（图6）；
从图6中能够看出艾里斑半径仅为23.38μm；
该种大靶面变焦OCT系统的激光扫描镜头的分辨率能够满足对眼前节检测的需求，该种大靶面变焦OCT系统在对眼前节检测时，能够达到22mm*20.5mm的大靶面及长达121mm的工作距离；
综合来说，本实施例中的激光扫描变焦镜头能够通过各个透镜和各个振镜的设置，对光路进行纠正优化，并在从眼前节检测到眼底检测转换或者从眼底检测到眼前节的检测过程中，通过第二透镜12的曲率、第二透镜12的厚度、振镜组3与变焦镜组4之间的间距以及变焦镜组4与后固定组5之间的间距执行变焦，将针对眼前节检测所需的工作距离（工作距离为103mm时，靶面大小为10.5mm*9mm）转换为针对眼底检测所需的工作距离（工作距离为121mm时，靶面大小为22mm*20.5mm），并在转换完成后，能够保证两种检测所需的分辨率和靶面大小，并保证在两种检测过程中均具有较高的信噪比，能够使用同一个大靶面变焦OCT系统完成对眼前节检测和眼底检测，相对于分离式的检测系统，能够减少系统内部的构件数量，降低系统的复杂度，在保证对眼前节检测和眼底检测的精确性的同时，节约转换系统所需的时间，提高检测效率，并从减少系统的复杂度的方向能够节省系统处理时间，减少检测时间，提高对眼前节检测和眼底检测的数据的输出速度。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (8)
1.大靶面变焦OCT系统，其特征在于，包括：光源、准直器、光纤耦合器、光谱仪、参考臂和样品臂，所述样品臂包括激光扫描变焦镜头；
所述光源输出的光束经过所述光纤耦合器，所述光纤耦合器将所述光源输出的光束均分为两束相干光，两束相干光分别经过准直器后，一束相干光传播至所述参考臂，经反射镜反射后返回参考反射光，另一束相干光传播至所述样品臂，经过所述激光扫描变焦镜头变焦后，获得样品的样品背向散射光和样品反射光；
从所述参考臂获得的参考反射光与从样品臂获得的样品背向散射光和样品反射光之间存在光程差，在相干长度内产生干涉光，干涉光被光谱仪获取得到干涉信息，计算机可执行软件将干涉信息解析成像；
所述激光扫描变焦镜头包括依次设置的前固定组（1）、光阑（2）、振镜组（3）、变焦镜组（4）和后固定组（5）；
所述前固定组（1）具有屈光力，所述振镜组（3）不具有屈光力并且能够使光轴弯折，所述变焦镜组（4）具有屈光力，所述后固定组（5）具有屈光力；
所述前固定组（1）、所述振镜组（3）、所述变焦镜组（4）和所述后固定组（5）内部所包含的透镜总数量不大于10。
2.根据权利要求1所述的大靶面变焦OCT系统，其特征在于：所述前固定组（1）包括依次设置的第一透镜（11）和第二透镜（12）；
所述第一透镜（11）为平凸透镜，所述第二透镜（12）为液态变焦透镜，所述第一透镜（11）和所述第二透镜（12）组合具有屈光力。
3.根据权利要求2所述的大靶面变焦OCT系统，其特征在于：所述振镜组（3）包括依次设置的第三反射镜和第四反射镜；
所述第三反射镜和所述第四反射镜均为平面镜，所述第三反射镜和所述第四反射镜均能够使光轴弯折，并且所述第三反射镜和所述第四反射镜均不具有屈光力。
4.根据权利要求3所述的大靶面变焦OCT系统，其特征在于：所述变焦镜组（4）包括依次设置的第五透镜（41）、第六透镜（42）和第七透镜（43）；
所述第五透镜（41）和所述第六透镜（42）均为弯月透镜，所述第七透镜为平凸透镜，所述第五透镜（41）、所述第六透镜（42）和所述第七透镜（43）组合具有屈光力。
5.根据权利要求4所述的大靶面变焦OCT系统，其特征在于：所述后固定组（5）包括依次设置的第八透镜（51）和第九透镜（52）；
所述第八透镜（51）为双平面镜，所述第九透镜（52）为平凸透镜，所述第八透镜（51）和所述第九透镜（52）组合具有屈光力。
6.根据权利要求5所述的大靶面变焦OCT系统，其特征在于：所述激光扫描变焦镜头通过改变所述第二透镜（12）的曲率、所述第二透镜（12）的厚度、所述振镜组（3）与所述变焦镜组（4）之间的间距以及所述变焦镜组（4）与所述后固定组（5）之间的间距来执行变焦。
7.大靶面变焦OCT系统在眼底和眼前节检测中的应用，采用了如权利要求6的大靶面变焦OCT系统，其特征在于：当所述激光扫描变焦镜头执行从眼底扫描模式到眼前节扫描模式的变焦时，所述第二透镜（12）的曲率和所述第二透镜（12）的厚度变化、所述变焦镜组（4）移动且所述前固定组（1）和所述后固定组（5）固定。
8.根据权利要求7所述的大靶面变焦OCT系统在眼底和眼前节检测中的应用，其特征在于：所述激光扫描变焦镜头在执行从眼底扫描模式到眼前节扫描模式的变焦时，满足如下关系式：
0.5≤fT/fW；
3.4≤RT/RW；
0.7≤HT/HW；
OAL≤270mm；
0.14≤NA≤0.2；
0.5≤fT/fW≤2；
其中，fT表示眼底扫描模式下的总焦距，fW表示眼前节扫描模式下的总焦距，RT表示眼底扫描模式下的第二透镜（12）的曲率，RW表示眼前节扫描模式下的第二透镜（12）的曲率，HT表示眼底扫描模式下的第二透镜（12）的厚度，HW表示眼前节扫描模式下的第二透镜（12）的厚度，OAL表示所述激光扫描变焦镜头的从所述振镜组（3）的物侧面到所述后固定组（5）的像侧面的总长度，NA表示光纤（6）出射光线半孔径角的正弦值。
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Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103251382A (zh) * | 2013-04-17 | 2013-08-21 | 温州医学院 | 一种全眼频域光学相干层析成像系统及其方法 |
| CN203935168U (zh) * | 2014-06-25 | 2014-11-12 | 深圳市斯尔顿科技有限公司 | 能同时实现眼前节眼后节成像的眼科oct装置 |
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| CN215687754U (zh) * | 2021-08-13 | 2022-02-01 | 广东唯仁医疗科技有限公司 | 一种sd-oct全眼成像系统 |
| CN116999018A (zh) * | 2023-09-14 | 2023-11-07 | 晶铄科技有限公司 | 眼部检测系统及生理信息撷取装置及其眼部检测方法 |
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Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103251382A (zh) * | 2013-04-17 | 2013-08-21 | 温州医学院 | 一种全眼频域光学相干层析成像系统及其方法 |
| CN203935168U (zh) * | 2014-06-25 | 2014-11-12 | 深圳市斯尔顿科技有限公司 | 能同时实现眼前节眼后节成像的眼科oct装置 |
| CN109157188A (zh) * | 2018-09-10 | 2019-01-08 | 执鼎医疗科技（杭州）有限公司 | 多人定位微透镜变焦oct光学系统和扫描方法 |
| CN215687754U (zh) * | 2021-08-13 | 2022-02-01 | 广东唯仁医疗科技有限公司 | 一种sd-oct全眼成像系统 |
| CN116999018A (zh) * | 2023-09-14 | 2023-11-07 | 晶铄科技有限公司 | 眼部检测系统及生理信息撷取装置及其眼部检测方法 |
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